四旋翼飞行器鲁棒抗扰控制方法研究
发布时间：2021-07-14 06:07
四旋翼飞行器是一种携带动力装置的旋翼式飞行器,相较于固定翼飞行器,四旋翼飞行器具有重量小、机械结构简单、可垂直起飞降落、机动性强和灵活性高等优点,能够用于空中侦察、森林火灾监控、水上运输、农业喷洒、地面测绘以及航拍等领域,具有广泛的应用前景。随着四旋翼飞行器应用领域的不断扩展,对其稳定性能和控制效果的要求也越来越高,因此四旋翼飞行器的飞行控制方法成为了一个研究热点。本文主要围绕四旋翼飞行器在外部扰动、输入饱和、模型不确定、参数不确定和状态不可测等因素影响下的鲁棒抗扰控制问题。论文主要内容如下:（1）分析了四旋翼飞行器六自由度的飞行原理,并根据牛顿定律和欧拉方程建立其非线性动力学的数学模型。（2）对于姿态系统,将耦合项、外部的干扰和模型的不确定看作是姿态系统的总扰动,设计非线性扩张状态观测器对其进行估计,并在控制器中给予补偿;另外,为了避免因期望值突变而形成较大控制量对系统造成的冲击,设计微分跟踪器给给定信号提供一个过渡过程;最后,设计基于非线性扩张状态观测器和跟踪微分器的非奇异快速终端滑模控制器,仿真和实验结果都验证了提出的控制方法的可行性和有效性。（3）设计了一种新型的基于双闭环积分...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四旋翼飞行器结构简图
图 2-2 垂直运动俯仰运动：保证电机 2 和电机 4 的转速不变，同时增加电机 3 的转速，机 1 的转速，此时由于电机 1 的转速使拉力上升，同时电机 3 的升力下降，机 1 和电机 3 转速差值形成了不平衡力，使飞行器绕 Y 轴做运动；反之，飞绕 Y 轴向另一个方向旋转，实现飞行器如图 2-3 所示的俯仰运动。图 2-3 俯仰运动
图 2-2 垂直运动俯仰运动：保证电机 2 和电机 4 的转速不变，同时增加电机 3 的转速 1 的转速，此时由于电机 1 的转速使拉力上升，同时电机 3 的升力下降 1 和电机 3 转速差值形成了不平衡力，使飞行器绕 Y 轴做运动；反之， Y 轴向另一个方向旋转，实现飞行器如图 2-3 所示的俯仰运动。图 2-3 俯仰运动
【参考文献】：
期刊论文
[1]Disturbance Observer Based Speed Control of PMSM Using Fractional Order PI Controller[J]. Aishwarya Apte,Ujjwala Thakar,Vrunda Joshi. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2019(01)
[2]四旋翼飞行器串级PID控制设计与实现[J]. 靳亚磊,李虹,李昕涛. 太原科技大学学报. 2018(03)
[3]An Adaptive RBF Neural Network Control Method for a Class of Nonlinear Systems[J]. Hongjun Yang,Jinkun Liu. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2018(02)
[4]基于模型参数不确定的四旋翼飞行器混合H2/H∞控制[J]. 石川,林达,任斌,余亮. 四川理工学院学报(自然科学版). 2018(01)
[5]基于改进反步法的四旋翼无人机轨迹跟踪控制[J]. 周来宏,窦景欣,张居乾,闻邦椿. 东北大学学报(自然科学版). 2018(01)
[6]Robust Adaptive Gain Higher Order Sliding Mode Observer Based Control-constrained Nonlinear Model Predictive Control for Spacecraft Formation Flying[J]. Ranjith Ravindranathan Nair,Laxmidhar Behera. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2018(01)
[7]基于串级PID四旋翼飞行器控制系统研究[J]. 薛佳乐,程珩. 电子技术应用. 2017(05)
[8]四旋翼飞行器PID控制器设计与仿真[J]. 袁太平,尹显明. 冶金自动化. 2017(S1)
[9]基于自抗扰的四旋翼飞行器姿态控制[J]. 包明霞,师五喜,郭建川. 自动化与仪表. 2017(02)
[10]基于PID控制器的四旋翼飞行器系统设计[J]. 吕闯,王业琴,唐中一,马千里,申伟. 工业控制计算机. 2016(09)
硕士论文
[1]四旋翼飞行机器人增稳控制方法研究[D]. 宋自立.华北电力大学 2014
[2]基于Backstepping方法的四旋翼无人飞行器控制器设计[D]. 李天博.东北大学 2013
[3]微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究[D]. 聂博文.国防科学技术大学 2006
本文编号：3283573
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四旋翼飞行器结构简图
图 2-2 垂直运动俯仰运动：保证电机 2 和电机 4 的转速不变，同时增加电机 3 的转速，机 1 的转速，此时由于电机 1 的转速使拉力上升，同时电机 3 的升力下降，机 1 和电机 3 转速差值形成了不平衡力，使飞行器绕 Y 轴做运动；反之，飞绕 Y 轴向另一个方向旋转，实现飞行器如图 2-3 所示的俯仰运动。图 2-3 俯仰运动
图 2-2 垂直运动俯仰运动：保证电机 2 和电机 4 的转速不变，同时增加电机 3 的转速 1 的转速，此时由于电机 1 的转速使拉力上升，同时电机 3 的升力下降 1 和电机 3 转速差值形成了不平衡力，使飞行器绕 Y 轴做运动；反之， Y 轴向另一个方向旋转，实现飞行器如图 2-3 所示的俯仰运动。图 2-3 俯仰运动
【参考文献】：
期刊论文
[1]Disturbance Observer Based Speed Control of PMSM Using Fractional Order PI Controller[J]. Aishwarya Apte,Ujjwala Thakar,Vrunda Joshi. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2019(01)
[2]四旋翼飞行器串级PID控制设计与实现[J]. 靳亚磊,李虹,李昕涛. 太原科技大学学报. 2018(03)
[3]An Adaptive RBF Neural Network Control Method for a Class of Nonlinear Systems[J]. Hongjun Yang,Jinkun Liu. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2018(02)
[4]基于模型参数不确定的四旋翼飞行器混合H2/H∞控制[J]. 石川,林达,任斌,余亮. 四川理工学院学报(自然科学版). 2018(01)
[5]基于改进反步法的四旋翼无人机轨迹跟踪控制[J]. 周来宏,窦景欣,张居乾,闻邦椿. 东北大学学报(自然科学版). 2018(01)
[6]Robust Adaptive Gain Higher Order Sliding Mode Observer Based Control-constrained Nonlinear Model Predictive Control for Spacecraft Formation Flying[J]. Ranjith Ravindranathan Nair,Laxmidhar Behera. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2018(01)
[7]基于串级PID四旋翼飞行器控制系统研究[J]. 薛佳乐,程珩. 电子技术应用. 2017(05)
[8]四旋翼飞行器PID控制器设计与仿真[J]. 袁太平,尹显明. 冶金自动化. 2017(S1)
[9]基于自抗扰的四旋翼飞行器姿态控制[J]. 包明霞,师五喜,郭建川. 自动化与仪表. 2017(02)
[10]基于PID控制器的四旋翼飞行器系统设计[J]. 吕闯,王业琴,唐中一,马千里,申伟. 工业控制计算机. 2016(09)
硕士论文
[1]四旋翼飞行机器人增稳控制方法研究[D]. 宋自立.华北电力大学 2014
[2]基于Backstepping方法的四旋翼无人飞行器控制器设计[D]. 李天博.东北大学 2013
[3]微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究[D]. 聂博文.国防科学技术大学 2006
本文编号：3283573
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